Потери мощности в трансформаторе и определение их опытным путем.

Л Е К Ц И Я 10б

План лекции

8.3. Потери энергии в трансформаторе. Внешняя характеристика и КПД трансформатора.

Векторная диаграмма нагруженного трансформатора.

Рассмотрим частный случай при индуктивной нагрузке трансформатора с отношением витков W₁/ W₂, близким к единице. Построение начинают с вектора рабочего потока Ф. Этот поток индуктирует ЭДС и в обмотках. Под действием ЭДС во вторичной цепи возникает ток , отстающий от ЭДС на угол

Падение напряжения на сопротивлениях нагрузки и вторичной обмотки уравновешивается ЭДС .

Для построения вектора первичного тока используем уравнение магнитного состояния:

Складывая векторы результирующей НС W₁ и НС вторичной обмотки - W₂, находим положение вектора и далее - вектора . Векторная диаграмма первичной цепи строится так же, как и для режима холостого хода, согласно уравнению электрического состояния первичной цепи (напряжение сети U₁ уравновешивается ЭДС Е₁ и падением напряжения на сопротивлении первичной обмотки ).

По диаграмме видно, что ток создает магнитный поток Ф и компенсирует размагничивающее действие тока , что является выражением важнейшего свойства трансформатора - способности автоматически изменять ток при изменении тока нагрузки для поддержания постоянства потока в сердечнике.

Из векторной диаграммы следует, что при индуктивном характере нагрузки напряжение U₂ на зажимах вторичной обмотки меньше напряжения холостого хода U₂ < U_2o. Ток первичной обмотки создает магнитный поток Ф и компенсирует размагничивающее действие индуцированного тока во вторичной обмотке I₂, что является выражением важнейшего свойства трансформаторов: способности "саморегулирования", т.е. способности автоматически изменять ток I₁ при изменении тока нагрузки I₁ для поддержания потока. Для того, чтобы проследить этот процесс "саморегулирования", допустим, что ток нагрузки I₂ внезапно увеличился, а размагничивающее действие его усилилось. Сумма НС первичной и вторичной обмоток станет меньше, а магнитный поток в сердечнике трансформатора упадет. Это приведет к немедленному уменьшению ЭДС Е₁, уравновешивающей напряжение питающей сети. На первичной стороне трансформатора нарушится

электрическое равновесие, и в процессе его восстановления возрастет ток в первичной обмотке I₁. Намагничивающая сила первичной обмотки в соответствии с этим будет увеличиваться до тех пор, пока она вновь не скомпенсирует размагничивающее действие тока на вторичной стороне. При этом магнитный поток достигнет практически первоначального значения.

Если ток нагрузки внезапно уменьшился (это равносильно внезапному отключению части потребителей), процесс "саморегулирования" развивается в обратном порядке. Размагничивающее действие тока на вторичной стороне уменьшается, а сумма НС обеих обмоток возрастает. Это ведет к увеличению потока в сердечнике, что, в свою очередь, ведет к увеличению ЭДС Е₁ на первичной стороне. При восстановлении электрического равновесия ток I₁ уменьшится.

Потери мощности в трансформаторе и определение их опытным путем.

Переход электромагнитной энергии через трансформатор сопровождается потерей энергии в нем: часть энергии расходуется на нагрев магнитопровода (вследствие потерь на гистерезис и потерь от вихревых токов), на нагрев меди обмоток, а также на создание магнитного потока, рассеивающегося в окружающую среду, которым пренебрежем.

Поэтому мощность Р₂, отдаваемая во внешнюю цепь вторичной обмотки, меньше мощности Р₁, подведенной к первичной обмотке трансформатора, на величину потерь в меди обмоток Р_эл (так называемые электрические потери) и потерь в стали сердечника Р_м (так называемые магнитные потери). В соответствии с этими рассуждениями величину магнитных потерь можно с достаточной степенью точности определить по результатам опыта холостого хода, приняв мощность, потребляемую трансформатором при холостом ходе, равной величине потерь в стали. Это допустимо, так как при постоянстве напряжения питающей сети U₁ и частоты f магнитный поток Ф практически не зависит от нагрузки.

Потери мощности в меди Р_эл можно определить по данным опыта короткого замыкания. Согласно зависимости

при любой нагрузке

где - коэффициент нагрузки.